— Зачем нужна биоинформатика? Что она изучает?
Биоинформатика ничего не изучает, это набор инструментов для того, чтобы заниматься биологией. Впрочем, это не совсем правда, и ниже я объясню, в чем дело.
Есть классические задачи молекулярной биологии. Что делает белок? Как регулируется работа гена? Этими вопросами молекулярная биология занималась с момента ее возникновения. Биоинформатика эту работу существенно облегчает. Если ученый ставит задачу выяснить функцию белка, то придется много всего проверять. А биоинформатик на основе своих исследований дает не очень большой набор гипотез, которые остается только проверить.
Классическая молекулярная биология была бедна данными. Аспирант все свое время изучает три белка, на каждом ставит много тонких опытов — и данных мало, они на вес золота. Развитие технологий, появление новых экспериментальных техник привело к тому, что биология стала наукой, богатой данными. А с ними работать на бумаге просто физически и концептуально невозможно.
В результате в биологии произошло изменение точки зрения. Раньше ученые изучали работу одного гена или белка, и в этом была опасность: даже если мы будем понимать, как работают все белки по отдельности, то все равно не поймем, как работает клетка. Мы исследуем все винтики и шестеренки и все равно не узнаем, почему автомобиль едет.
А теперь оказалось, что на самом деле мы можем смотреть на работу клетки в целом и задавать вопросы не про отдельные гены, а про то, как связана работа всех генов.
Так появилась системная биология, в которой биоинформатика уже не дополнительный удобный набор приемов, а интегральная составная часть. Уже никакой четкой линии не проведешь, где собственно биология, а где биоинформатика.
Теперь вернемся к началу. Я сказал, что биоинформатика — набор приемов, и вы увидели каких. Но есть еще и тру‑научная, настоящая биоинформатика, которая называется молекулярной эволюцией.
Мы все время опираемся на очень глубокие эволюционные соображения, когда что‑то предсказываем. Например, есть два похожих белка. Самое простое — предположить, что они делают одно и то же, но часто у похожих белков немного разные функции. И чтобы такие случаи замечать и описывать, надо хорошо понимать, как устроена эволюция.
Интересно сравнивать геномы человека и мыши — белки у нас примерно одни и те же. А внешне мы все-таки разные существа. Так получается потому, что похожие белки работают немного по‑разному и, главное, в разные моменты эмбрионального развития. Поэтому системная биология особенно интересна, когда становится эволюционной. Про это много говорили, но по‑настоящему этот процесс только начинается, потому что данных для эволюционных сравнений все-таки не настолько много.